Física

Momentum na Física: Leis do Movimento de Newton, Colisões e Mais

Momentum na Física: Leis do Movimento de Newton, Colisões e Mais

Momentum é um termo usado em física para descrever a quantidade de movimento de um corpo em movimento, medido como um produto de sua massa e velocidade.

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Objetos em movimento têm impulso. Esta é a tendência do objeto de continuar se movendo na mesma direção, a menos que seja influenciado por uma força externa. Momentum é o produto da massa de um corpo e sua velocidade. Visto que tem magnitude e direção, o momento é uma quantidade vetorial.

Isso significa que o momento tem magnitude e direção. A equação para Momentum é fornecida abaixo.

Nesta equação:

p é momentum
m é massa
v é a velocidade

No entanto, o momento não depende apenas da massa e velocidade do objeto. Como a velocidade é a velocidade em uma direção particular, o momento de um objeto também depende da direção do percurso. Isso significa que o momento de um objeto pode mudar se o objeto acelera ou desacelera; ou se muda de direção.

Isso significa que podemos pensar no momento de duas maneiras, com base no movimento do objeto.

1. Momento linear

O momento linear é o momento de um corpo se movendo em linha reta. Quando escrevemos a equação geral do momento (acima), usamos a equação do momento linear.

2. Momento angular

O momento angular é o momento de um corpo movendo-se em um ângulo. Nesse caso, a massa do corpo é a mesma, porém substituímos a velocidade pela velocidade angular.

Isso cria uma mudança na equação. O momento angular também é criado quando um objeto gira em seu eixo. Por exemplo, um pião possui momento angular quando gira em seu próprio eixo, mesmo que não se mova do ponto.

A equação para o momento angular é a seguinte:

Nesta equação:

eu é o momento angular
m é massa
v é velocidade
r é raio

Já discutimos que o momento depende da massa e da velocidade. Se qualquer um desses dois valores for zero, o momento também será zero.

No entanto, há uma exceção a isso - luz. A luz não tem massa, mas carrega o momento. Não vemos coisas caindo quando a luz incide sobre elas, porque o momento da luz é muito pequeno, mas é mensurável. Na verdade, para os fótons (os menores pedaços de luz), a energiaE e impulsop estão relacionados pela equação:

Onde:

E é energia
P é momentum
c é a velocidade da luz

O momento da luz é tão pequeno que não percebemos na vida cotidiana. Mas é grande o suficiente para ser mensurável e pode até mesmo ser usado. Por exemplo, as máquinas de resfriamento a laser usam o momento da luz de a para desacelerar os átomos em uma amostra, resfriando-a assim. Em armadilhas ópticas, o momento da luz é usado para capturar e manipular pequenos objetos.

Então, como o momento de inércia, a resistência de um corpo em rotação ao momento angular, se relaciona com o momento? É o mesmo que momentum ou é algo totalmente diferente?

A inércia é a resistência de um objeto a uma mudança no movimento. De acordo com a primeira Lei de Newton, um corpo permanecerá em repouso ou em movimento uniforme em linha reta, a menos que seja influenciado por uma força externa. A inércia é uma grandeza escalar, o que significa que tem apenas magnitude, não direção.

O momento de inércia expressa a tendência de um corpo para resistir à aceleração angular, que é a soma dos produtos da massa de cada partícula do corpo com o quadrado de sua distância do eixo de rotação.

O momentum desempenha um papel importante na formação da Segunda e Terceira Leis do Movimento de Newton.

Segunda lei de Newtonafirma que a aceleração de um objeto, conforme produzida por uma força resultante, é diretamente proporcional à magnitude da força resultante, na mesma direção que a força resultante, e inversamente proporcional à massa do objeto.

Outra maneira de dizer isso é que a taxa de variação do momento em um objeto é diretamente proporcional à força aplicada, e a mudança no momento será na direção da força aplicada.

Terceira lei de Newtonafirma que para uma força aplicada por um objeto A no objeto B, o objeto B exerce de volta uma força igual em magnitude, mas na direção oposta. Essa ideia foi usada por Newton para derivar a lei da conservação do momento. Muitas vezes é afirmado como: Para cada ação, há uma reação igual e oposta.

A lei da conservação do momento estabelece que, se dois objetos colidirem um com o outro, o momento combinado dos objetos antes da colisão será igual ao momento combinado dos dois objetos após a colisão.

Em outras palavras, o momentum de um sistema isolado sempre permanecerá o mesmo. O momento combinado permanece o mesmo porque o momento perdido pelo objeto A será ganho pelo objeto B.

Você pode se surpreender quando dissemos que o momento perdido por um objeto A será ganho pelo objeto B. Não vemos isso acontecer na vida real!

Isso ocorre porque existem dois tipos de colisões.

Colisão elástica: A colisão elástica é o tipo de colisão em que os dois objetos colidem e há uma transferência de energia de um objeto para outro, mas sem perda líquida de energia cinética. Por exemplo, duas bolas semelhantes estão viajando uma em direção à outra com velocidade igual. Eles colidem, batendo um no outro sem perda de velocidade. Esta colisão é um caso ideal porque nenhuma energia foi perdida.

Uma colisão perfeitamente elástica não é possível na vida cotidiana, pois há outras forças em jogo que fazem com que a energia seja perdida por atrito, calor, etc. Existem alguns exemplos de colisões na mecânica onde a energia perdida é muito pequena e pode ser considerados elásticos, embora não sejam perfeitamente elásticos.

Colisão inelástica: Em uma colisão inelástica, parte da energia cinética é alterada para alguma outra forma de energia, como calor ou som. Em vez de saltar para trás, o objeto tende a ficar grudado. O momentum é conservado em colisões inelásticas.

As colisões que vemos em nosso dia-a-dia situam-se entre colisões elásticas e inelásticas.

Momentum é uma consideração importante em física porque descreve a relação entre velocidade, massa e direção.

Momentum descreve a força necessária para parar os objetos e mantê-los em movimento. Por exemplo, ele explica que você precisa exercer mais força para parar um objeto com maior momento, quando comparado a um objeto com menor momento. Conseqüentemente, o momentum é um fator importante a ser considerado quando projetamos sistemas para parar um objeto em movimento.

Um objeto aparentemente pequeno pode exercer uma grande quantidade de força se tiver impulso suficiente. Um dos melhores exemplos desse fenômeno é uma bala. O momentum também pode ser usado para prever a direção resultante e a velocidade de movimento dos objetos após a colisão.

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